JP3767100B2 - Power distribution system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばビルや工場などの施設において、電力を受電して施設内の負荷機器へ電力を分配する配電システムに関し、特に短絡などの事故発生時における健全箇所の電圧低下時間の短縮による電力供給信頼度の向上や、内部事故による機器損傷程度の低減を図るようにした配電システムに係るものである。
【0002】
【従来の技術】
図7(a)、(b)は、例えばオーム社によって出版されている高圧受電設備指針改訂版の第154頁に示されている高圧受電設備の一部を簡略化した図と、図中の各開閉器の動作特性を示したものである。この図は、ごく一般的な高圧受電系統の保護方式に関するものである。
図7(a)において、1は受電端に最も近い主開閉器、2は主開閉器1の下位に位置する母線22に接続された図示しないいくつかの第1階層分岐のうちのひとつの分岐開閉器、3は分岐開閉器2の下位に位置する母線23に接続されたいくつかの図示していない第2階層分岐のうちのひとつの分岐開閉器、4は分岐開閉器3の下位に位置する母線24に接続されたいくつかの図示していない第3階層分岐のうちのひとつの分岐開閉器であり、11,12,13,14は各開閉器の近くに設置された電流検出器である。
図7(b)はそれぞれの開閉器の動作特性を示すもので、ある電流値Ifに対してそれぞれの開閉器の動作時間は、上位開閉器ほど長い時間に設定されていることを示している。
【0003】
次に動作について説明する。
図7(a)において、事故点Aで事故が発生し、事故電流Ifが流れた場合、分岐開閉器4が図7(b)に示した時間t4で電流を遮断する。このとき、主開閉器1、分岐開閉器2および3にも事故電流が流れているが、動作時間設定が図7(b)に示すようにt4以上であるため、それぞれの開閉器は動作しない。
次に事故点Bで短絡事故などが発生した場合について説明する。この場合、分岐開閉器3,4には一般に事故電流が流れないので、それぞれの開閉器は動作しないし、動作する必要もない。この事故電流は分岐開閉器2が遮断することになるが、この配電システムでは分岐開閉器2の動作時間はt2に設定されているため、開閉器の能力としては時間t4以下で動作可能にも拘らず、t2という時間の間事故を除去できない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の配電システムでは以上のように各開閉器の動作時間が予め設定されたいわゆる時限協調方式であるため、前述したように例えば事故点Bで事故が発生した場合には、t2という時間の間事故が継続し、例えば母線22に接続された分岐開閉器2以外の図示されていない分岐開閉器につながる系統はt2の間電圧低下が発生してる。従来の開閉器では例えばt2は0.5ms〜1s程度であり、このような時間の電圧低下によって負荷の機器は重大な影響を受ける。図8に代表的な機器の電圧低下に対する影響を示している。
【0005】
さらに、事故点Aで発生している事故アークによって機器は損傷を受けるが、その程度は事故継続時間(この場合の時間t4)に依存し、損傷の程度は大きなものとなる。またこのような配電システムは筐体の中に収納され使用される場合が一般的であるが、この事故点Aが例えば筐体の内部であれば、事故アークによって筐体内部の圧力が上昇し、筐体はこの圧力上昇に対して十分な強度を有する構造である必要がある。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、事故継続期間を短くして、電圧低下時間を短縮すると共に、機器の損傷、筐体の内部圧力上昇を極力小さくすることができる配電システムを提供することを目的としている。
【0006】
また、従来の開閉器では図7(b)に示したt4は一般に50ms〜100ms程度であり、この場合でも図8に示した機器の電圧低下に対する影響から考えると、負荷に影響を与える。
この発明は、開閉器の開極時間を短くすることで、あらゆる事故に対して負荷に与える影響を最小限に抑制することができる配電システムを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る配電システムは、受電端に1次側が接続された主開閉器の2次側に分配導体で分配された少なくとも1つの回路が1段または複数段形成され、分配された少なくとも1つの回路にはそれぞれ少なくとも1つの分岐開閉器が配置されてなる配電システムであって、主開閉器および少なくとも1つの分岐開閉器の1次側または2次側に設けられ、主開閉器および少なくとも1つの分岐開閉器を流れる電流の大きさを検出する複数の電流検出器と、上記複数の電流検出器の検出出力に基づき、上記少なくとも1つの分岐開閉器に設定値以上の電流が流れたときは、上記主開閉器を開極させてその電流を遮断させ、その直後に上記設定値以上の電流が流れた分岐開閉器を開極させて電路を開放させ、上記分岐開閉器の開極動作中に、上記分岐開閉器の接点間距離が、上記主開閉器が閉極した場合の回路電圧に対して十分な値となる時点を予測して当該時点に上記主開閉器が再度閉極するように閉極指令を送出する制御手段とを備えるものである。
【0008】
この発明に係る配電システムは、主開閉器の持つ遮断能力は分岐開閉器の遮断能力より大きく、制御手段は所定の分岐開閉器にその分岐開閉器で遮断できないような大きさの電流が流れたとき、主開閉器を開極させるものである。
【0009】
この発明に係る配電システムは、制御手段は事故判定制御装置で構成され、複数の電流検出器の検出出力は事故判定制御装置に供給され、事故判定制御装置は、複数の電流検出器の検出出力に基づき、開極すべき1個または複数個の分岐開閉器を特定し、その特定された分岐開閉器に流れる電流がその特定された分岐開閉器の遮断能力以内である場合にはその特定された分岐開閉器に開極指令を送出し、それ以外の場合には主開閉器に開極指令を送出すると共に、その直後に特定された分岐開閉器に開極指令を送出し、さらにその後に主開閉器に閉極指令を送出するものである。
【0010】
この発明に係る配電システムは、制御手段は主開閉制御器と事故判定制御装置とで構成され、主開閉器の1次側または2次側に配された第1の電流検出器の検出出力は主開閉制御器に供給され、少なくとも1つの分岐開閉器の1次側または2次側に配された複数の第2の電流検出器の検出出力は事故判定制御装置に供給され、第1の電流検出器
で設定値以上の電流が検出された場合、主開閉制御器は主開閉器に瞬時に開極指令を送出し、事故判定制御装置は、複数の第2の電流検出器の検出出力に基づき、事故箇所に最も近接し、かつこの事故箇所の受電側に当たる開放すべき分岐開閉器を特定し、この特定された分岐開閉器に開極指令を送出し、その後に主開閉器に閉極指令を送出するものである。
【0011】
この発明に係る配電システムは、制御手段は、上記複数の電流検出器の検出出力がそれぞれ供給される複数の個別判定制御器で構成され、それぞれの個別判定制御器
は、対応する開閉器より下位に位置する開閉器に対応した個別判定制御器と接続され、それぞれの個別判定制御器は、接続された電流検出器の検出出力と下位の個別判定制御器より供給される上記下位に位置する開閉器の状態信号とから上記対応する開閉器の動作を決定してその開閉器を制御すると共に、上記対応する開閉器の上位に位置する開閉器に対応した個別判定制御器に上記対応する開閉器の状態信号を供給するものである。
【0012】
この発明に係る配電システムは、制御手段は、主開閉器に開極指令を送出した後に分岐開閉器に開極指令を送出する際、主開閉器によって電流が遮断されたことを確認した後、分岐開閉器に開極指令を送出するものである。
【0016】
この発明に係る配電システムは、主開閉器および少なくとも1つの分岐開閉器の一部または全部が、半導体スイッチ素子で構成されるものである。
【0017】
この発明に係る配電システムは、主開閉器および少なくとも1つの分岐開閉器の一部または全部は、開閉機構部に電磁反発力を利用した高速応答開閉器であることを
特徴とするものである。
【0018】
この発明に係る配電システムは、高速応答開閉器の少なくとも開極または閉極の駆動機構が外部電源から供給される高周波電流同士あるいはそれによる渦電流の作用で発生する電磁反発力によって直接的に駆動されることを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1としての配電システムの簡略化した単線結線図である。
図において、1は電磁反発を利用した閉極・開極時間ともに数ms程度の高速応答可能な主開閉器、2a〜2cは主開閉器1の2次側につながる第1の母線22から分岐した分岐回路に接続された電磁反発を利用した閉極・開極時間ともに数ms程度の高速応答可能な分岐開閉器であり、これら分岐開閉器2a〜2cの電流遮断能力は主開閉器1より低くてもかまわない。
【0020】
3a〜3cは分岐開閉器2cの2次側に接続された第2の母線23から分岐した分岐回路に接続された電磁反発を利用した閉極・開極時間ともに数ms程度の高速応答可能な分岐開閉器であり、これら分岐開閉器3a〜3cの電流遮断能力は、分岐開閉器2a〜2cと同様に、主開閉器1より低くてもかまわない。また、主開閉器1、分岐開閉器2a〜2c,3a〜3cは、例えば、電磁反発力を外部電源から供給される高周波電流同士またはそれによる渦電流との作用で発生させるような高速開閉器である。
【0021】
11は主開閉器1の2次側に設置された回路を流れる電流を検出する電流検出器であり、12a〜12cはそれぞれ分岐開閉器2a〜2cの2次側に設置された電流検出器であり、13a〜13cはそれぞれ分岐開閉器3a〜3cの2次側に設置された電流検出器である。
なお、これら電流検出器11,12a〜12c,13a〜13cは、それぞれ対応する開閉器の1次側に設置するようにしてもよい。
【0022】
31は分岐開閉器2aに接続された負荷であり、32は分岐開閉器3cに接続された負荷である。なお、図中で分岐開閉器の2次側の線路が点線表示になっているところは、負荷や母線などが接続されていることを示している。
42は事故判定制御装置であり、それぞれの電流検出器11,12a〜12c,13a〜13cから信号線51,52a〜52c,53a〜53cによって電流に関する情報が送られており、制御線61,62a〜62c,63a〜63cによって主開閉器1、各分岐開閉器2a〜2c,3a〜3cに開極指令や閉極指令が送出される。
【0023】
次に動作について説明する。
図2(1)〜(4)は、図1に示す配電システムの動作を説明するためのタイミングチャートであり、図1中の事故点Aで短絡事故が発生した場合を想定している。図2(1)は、事故点Aで短絡事故が発生したことによって、図1中の主開閉器1と分岐開閉器2cと分岐開閉器3cで構成される回路を介して事故点Aへ流れる事故電流波形を示したものであるが、簡略化して通常の3相回路の1相分だけを示している。図2(2)は主開閉器1の開閉状態を示す波形、図2(3)は分岐開閉器3cの開閉状態を示す波形、図2(4)は負荷31にかかる回路電圧を通常時の電圧を100%として表した波形である。
【0024】
まず時刻t1で事故が発生し、図2(1)に示す大電流が回路に流れる。この事故電流は電流検出器11,12c,13cで検出され、例えば12a,12b、13a,13bでは検出されない。これらの電流検出器11,12c,13cの検出出力は信号線51,52c,53cによって事故判定制御装置42に送られる。事故判定制御装置42では、事故電流(図2(1)参照)が、例えば電流レベルI1を越えたことで時刻t2で事故が発生したと判断し、直ちに主開閉器1に対して開極指令を送出する。主開閉器1は電磁反発を用いた高速応答の開閉器であるため、時間T1という短い開極時間で時刻t3において接点が離れてアークが発生する。
【0025】
事故判定制御装置42は、主開閉器1に開極指令を送ると共に、分岐回路の電流検出器12a〜12c,13a〜13c等からの情報によって、事故発生箇所を特定する。この場合、電流検出器12cおよび13cで事故電流が検出され、その他の電流検出器では事故電流が検出されていないので、電流検出器13cの下位で事故が発生しており、事故を切り離すためには分岐開閉器3cが回路を開放する必要があることを判断する。主開閉器1は時刻t3で開極を開始した後、事故電流の電流ゼロ点t4で電流を遮断する。主開閉器1はその下位で発生する事故によって流れる事故電流に対して必要な遮断能力を有している。分岐開閉器2a〜2c,3a〜3cは、その下位で事故が発生してもその電流は主開閉器1で遮断するので、事故電流に対する遮断能力を有している必要がない。
【0026】
電流検出器11,12c,13cで主開閉器1が事故電流を時刻t4で遮断したことを確認すると、時間T2後に、即座に事故判定制御装置42は事前に特定していた次に開放すべき分岐開閉器3cに対して開極指令を送出する。開極指令を送出した時刻をt5とすると、その時刻から分岐開閉器3cの開極時間T3後の時刻t6に分岐開閉器3cの接点は離れる。その後分岐開閉器3cの接点間距離が回路電圧に対して十分となるのに有する時間T4と余裕時間T5を足した時刻t8に主開閉器1に対して事故判定制御装置42は閉極指令を送出する。
【0027】
事故判定制御装置42は時刻t6で実際に指令したとおりに分岐開閉器3cが開極したことを、例えば分岐開閉器3cの開極検出手段としての補助接点などで検出し、そこからT4+T5の時間を計数している。主開閉器1に閉極指令を送出してから、主開閉器1の閉極時間T6後の時刻t9に主開閉器1の接点は電気的につながり、分岐開閉器3cの2次側以外の全ての回路に電圧が復帰する。
なお、t7は分岐開閉器3cの接点間距離が回路電圧に対して十分となる時刻である。
【0028】
これらの一連の動作中の負荷31にかかる電圧について説明する。負荷31はいわゆる健全回路につながるものである。時刻t1で事故が発生し、主開閉器1が時刻t4で事故電流を遮断するまでの間は回路定数で決まる電圧まで電圧が低下する。主開閉器1が電流を遮断した後、負荷31の電圧はゼロになり、この状態は次に主開閉器1が閉極するまでの間継続し、主開閉器1が時刻t9で閉極すると電圧が完全に復帰する。
【0029】
この負荷31の電圧低下継続時間について説明する。電磁反発を利用した高速応答スイッチでは、例えば開極時間として1ms、閉極時間として5ms程度である。開極時間が1ms程度であれば、商用周波の半サイクルで事故電流を遮断することが可能であるので、事故発生から事故電流遮断までの時間は10ms程度になる。
事故判定制御装置42が電流遮断を確認する時間T2はほぼゼロ、分岐開閉器3cに開極指令を送出し開極開始までの時間T3は分岐開閉器3cの開極時間1ms、分岐開閉器3cが開極完了するのに要する時間を5ms、余裕時間T5を2ms、その後主開閉器1を閉極するのに要する時間T6を5msとすると、事故が発生してから主開閉器1が再度閉極するまでは23ms程度となる。
【0030】
次に図1中の事故点Bで事故が発生した場合を考える。この場合、事故判定制御装置42は各電流検出器から送られる情報によって分岐開閉器2cと分岐開閉器3a〜3cの間で事故が発生しており、開放すべき開閉器は分岐開閉器2cであると判断する。この場合、図2のタイミングチャートにおいて、動作する開閉器が、分岐開閉器3cの代わりに分岐開閉器2cとなる。この場合でも、健全回路の負荷31にかかる電圧の低下時間は、事故点Aで事故が発生した場合と全く同じになる。
【0031】
以上のように、図1に示す配電システムによれば、配電系統の事故発生の箇所に拘らず、例えば10msという短時間で事故を除去できると共に、健全回路の負荷の電圧低下時間も20数msという短時間にすることができる効果がある。なお、図1に示す配電システムによれば、事故発生時には、まず主開閉器1の開極によって電流を遮断させ、その後に所定の分岐開閉器を開極させて電路を開放させるようにしたものであるが、その所定の分岐開閉器が事故電流の遮断能力がある場合には、主開閉器1を開極させることなく、その所定の分岐開閉器のみを開極させて電流を遮断するようにしてもよい。
【0032】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2としての配電システムの構成を示している。この図3において、図1と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。主開閉器1の2次側に設置された電流検出器11の出力は主開閉器制御器41に入力され、さらにこの主開閉器制御器41から直接主開閉器1に対して開極・閉極指令を送出できるように構成される。
また、この主開閉器制御器41は、信号線51、制御線61によって事故判定制御装置42と接続され、電流検出器情報、制御信号のやりとりができる。図3に示す配電システムのその他の構成は、図1に示す配電システムと同様である。
【0033】
次に動作について説明する。
図3の例えば事故点Aで事故が発生した場合、その事故電流を電流検出器11が検出すると、その電流検出器11と接続された主開閉器制御器41は事故であることを判定し、瞬時に主開閉器1に対して開極指令を送出する。それと同時に事故判定制御装置42に対しても電流情報、もしくは主開閉器1に対する開極指令送出に関する情報を送出する。その後の主開閉器1で遮断後の動作は、図1に示す配電システムと同様であり、また効果も図1に示す配電システムと同様であるのでここでは省略する。
【0034】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3としての配電システムを示している。この図4において、図1と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。この発明では、主開閉器1、分岐開閉器2a〜2c、3a〜3cがサイリスタ素子を用いた半導体開閉器で構成されている。その他の構成は図1に示す配電システムと同様であるので説明は省略する。
【0035】
この図4に示す配電システムの動作および効果は、図1に示す配電システムと同様であるので説明を省略する
この図4に示す配電システムでは、サイリスタ素子を逆並列に接続したものであるが、サイリスタ素子の他に、例えばGTO、IGBT、ダイオードなどの半導体スイッチ素子を用いたものでも、同様の効果を得ることができる。
【0036】
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4としての配電システムを示している。この図5において、図1と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
この図5に示す配電システムが例えば図1に示す配電システムと大きく異なる点としては、主開閉器1に対応して個別判定制御器71が設置されている点である。この個別判定制御器71は電流検出器11と接続されて電流情報を得ると共に、主開閉器1に対して開閉制御信号を送出することができるように構成されている。
【0037】
同様に、分岐開閉器2a〜2cに対応しては個別判定制御器72a〜72cが、分岐開閉器3a〜3cに対応しては個別判定制御器73a〜73cが設置されている点が異なっている。そして、例えば、個別判定制御器72cは、対応する分岐開閉器2cの下位に位置する分岐開閉器3a〜3cに対応した個別判定制御器73a〜73cと情報のやりとりが可能なように信号線で接続されている。
さらに個別判定制御器72a〜72cは、分岐開閉器2a〜2cの上位に位置する主開閉器1に対応する個別判定制御器71と情報のやりとりが可能なように信号線で接続されている。
【0038】
次に動作について説明する。
図5中の事故点AないしBで事故が発生した場合、電流検出器12cはその事故電流を検出する。その後の動作を図6を用いて説明する。その事故電流に対して個別判定制御器72cは、遮断可能かどうか、すなわち分岐開閉器2cの遮断能力以上の電流かどうかを判定する。
このような配電システムの場合では、配電系統で発生する事故の最大電流に対しては主開閉器が遮断可能であれば良く、分岐開閉器はその最大電流に対し遮断能力を持つ必要がない。
【0039】
その後、事故箇所の特定すなわち分岐開閉器2cと分岐開閉器3a〜3cの間での事故か、分岐開閉器3a〜3cより下位での事故かを判定する。これには個別判定制御器73a〜73cからの情報すなわち下位の電流検出器13a〜13cが事故電流を検出したかどうかで判定する。
個別判定制御器73a〜73からの情報が無い場合には事故点は例えば事故点Bのように分岐開閉器2cと分岐開閉器3a〜3cの間であり、情報がある場合には分岐開閉器3a〜3cより下位での事故、例えば事故点Aでの事故である。
【0040】
事故電流が分岐開閉器2cの遮断能力以内であり事故箇所が例えば事故点Bであれば分岐開閉器2cを遮断し、上位の主開閉器1を遮断しないように、上位の個別判定制御器71へそのことを連絡する。図6中では状態2として表現している。分岐開閉器2の遮断能力以内例えば事故点Aでの事故であり、分岐開閉器3cが遮断する場合には、分岐開閉器2cは動作せず個別判定制御器71に対して状態2を出力し、分岐開閉器3cの遮断能力を超えており、個別判定制御器73cから動作せずの連絡すなわち状態1が連絡されてきた場合には分岐開閉器2cが遮断し、上位に対して状態2を送る。
【0041】
次に、事故電流が分岐開閉器2cの遮断能力以上である場合について説明する。下位の個別判定制御器73a〜73cから情報が無く例えば事故点Bで事故が発生したと判断される場合には、上位の主開閉器1で事故電流を遮断する必要があることになり、上位の個別判定制御器71へ主開閉器1で遮断すること、すなわち状態1を連絡する。
【0042】
この場合、事故点に最も近接しかつ上位に位置するのは分岐開閉器2cであることより、主開閉器1で遮断完了後、分岐開閉器2cは回路を開放する。そして回路を開放したことを個別判定制御器71に連絡し、主開閉器1に再投入許可を与える。事故点Aでの事故の場合で分岐開閉器3cが遮断する場合には、分岐開閉器2cは動作せずに主開閉器1の個別判定制御器71に対して状態2を送出する。分岐開閉器3cが遮断しない場合には、主開閉器1の個別判定制御器71に対して状態1を送出する。
なお、上述の各実施の形態では、分岐回路および分岐開閉器がそれぞれ複数の場合について説明したが、1つの場合でも同様に適用できる。
【0043】
【発明の効果】
この発明によれば、配電系統内のいずれの箇所で発生した事故で流れる事故電流に対し、まず主開閉器によって遮断し、その後分岐開閉器が回路を開放し、さらにその後に主開閉器が再度閉極するように構成したので、配電系統内のあらゆる事故に対して事故の継続時間、健全回路の電圧低下時間を一定かつ短縮することができ、電力供給の信頼性向上、事故箇所の機器損傷程度の低減、配電盤内部圧力上昇程度の低減ができるという効果がある。
また、主開閉器を開極時間の短い開閉器とするので、配電系統内のあらゆる事故に対して事故の継続時間、健全回路の電圧低下時間を一定かつ大幅に短縮することができ、電力供給の信頼性向上、事故箇所の機器損傷程度の低減、配電盤内部圧力上昇程度の低減ができるという効果がある。
また、上記分岐開閉器の開極動作中に、上記分岐開閉器の接点間距離が、上記主開閉器が閉極した場合の回路電圧に対して十分な値となる時点を予測して当該時点に上記主開閉器が再度閉極するように閉極指令を送出するので、事故回路を切り離した後の電圧の復旧をさらに高速化する事ができ、健全回路の電圧低下時間さらに大幅に短縮することができ、電力供給の信頼性向上が高くなるという効果がある。
【0044】
この発明によれば、主開閉器の持つ遮断能力は分岐開閉器の遮断能力より大きく、所定の分岐開閉器にその分岐開閉器で遮断できないような大きさの電流が流れたとき、主開閉器を開極させてその電流を遮断するので、分岐開閉器の下位で発生する短絡などの事故時に流れる事故電流に対して分岐開閉器は遮断能力を持たなくてもよく、分岐開閉器のサイズ、コストを低減できるという効果がある。
【0045】
この発明によれば、電流検出器の出力信号は事故判定制御装置に集められ、事故判定制御装置において、事故箇所の特定、制御対象開閉器の制御を行うように構成したので、複雑な配電系統でも素早く事故検出と制御が可能となり、電力供給の信頼性が高く、事故による機器損傷や配電装置内部の圧力上昇が低い配電システムを得ることができるという効果がある。
【0046】
この発明によれば、主開閉器の制御は主開閉器に近接した電流検出器の信号で可能な構成としたので、事故電流遮断を高速かつ確実にできるという効果がある。
【0047】
この発明によれば、各開閉器に対応して個別判定制御器が設置され、各個別判定制御器はその個別判定制御器の上位に位置する個別判定制御器および下位に位置する個別判定制御器と情報のやりとりが可能なように接続された構成としたので、複雑な配電系統でも素早く事故検出と制御が可能となり、電力供給の信頼性が高く、事故による機器損傷や配電装置内部の圧力上昇が低い配電システムを得る効果があり、さらにシステムの拡張などの場合にでも容易に対応可能となるという効果がある。
【0048】
この発明によれば、分岐開閉器への開極指令は主開閉器によって事故電流が遮断されたことを確認した後に送出される構成としたので、分岐開閉器の接点間にその遮断能力以上の電流値のアークが発生することなく、分岐開閉器を保護できるという効果がある。
【0052】
この発明によれば、主開閉器、少なくとも1つの分岐開閉器の一部または全部が半導体スイッチ素子で構成されるので、開閉器の開極・閉極を容易に高速化できるという効果がある。
【0053】
この発明によれば、主開閉器、少なくとも1つの分岐開閉器の一部または全部が開閉機構部に電磁反発力を利用した高速応答開閉器であるので、開極・閉極を容易に
高速化できるという効果がある。
【0054】
この発明によれば、電磁反発力を外部電源から供給される高周波電流同士またはそれによる渦電流の作用で発生する電磁反発力によって直接的に駆動される高速開閉器としたので、開極・閉極を容易に高速化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1としての配電システムの構成を示す簡略化した回路図である。
【図2】 図1に示した配電システムの動作を示すタイミングチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態2としての配電システムの構成を示す簡略化した回路図である。
【図4】 この発明の実施の形態3としての配電システムの構成を示す簡略化した回路図である。
【図5】 この発明の実施の形態4としての配電システムの構成を示す簡略化した回路図である。
【図6】 図5に示した配電システムの動作を示すフローチャートである。
【図7】 従来の配電システムの構成を示す簡略化した回路図である。
【図8】 電圧低下が負荷の機器に及ぼす影響を示す図である。
【符号の説明】
1 主開閉器、2a〜2c,3a〜3c 分岐開閉器、11,12a〜12c,13a〜13c 電流検出器、22 第1の母線、23 第2の母線、31,32 負荷、41 主開閉制御器、42 事故判定制御装置、51,52a〜52c,53a〜53c 信号線、61,62a〜62c,63a〜63c 制御線、71,72a〜72c,73a〜73c 個別判定制御器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power distribution system that receives power and distributes the power to load equipment in a facility, for example, in a facility such as a building or factory, and in particular, power by shortening the voltage drop time at a healthy location when an accident such as a short circuit occurs. The present invention relates to a power distribution system designed to improve supply reliability and reduce the extent of equipment damage due to internal accidents.
[0002]
[Prior art]
7 (a) and 7 (b) are simplified views of a part of the high-voltage power receiving facility shown on page 154 of the revised high-voltage power receiving facility guideline published by, for example, Ohm, It shows the operating characteristics of each switch. This figure relates to a protection method for a very general high-voltage power receiving system.
In FIG. 7A, 1 is a main switch closest to the power receiving end, 2 is one of several first-level branches (not shown) connected to a
FIG. 7B shows the operating characteristics of each switch, and shows that the operating time of each switch is set to a longer time for the upper switch with respect to a certain current value If. .
[0003]
Next, the operation will be described.
In FIG. 7A, when an accident occurs at the accident point A and an accident current If flows, the branch switch 4 cuts off the current at time t4 shown in FIG. 7B. At this time, although an accident current flows through the
Next, a case where a short circuit accident occurs at the accident point B will be described. In this case, since no fault current generally flows through the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional power distribution system, since the operation time of each switch is set in advance as described above, for example, when an accident occurs at the accident point B as described above, the time is t2. The accident continues and, for example, the voltage connected to the branch switch (not shown) other than the
[0005]
Further, although the equipment is damaged by the accident arc occurring at the accident point A, the extent depends on the accident duration (time t4 in this case), and the extent of the damage becomes large. In addition, such a power distribution system is generally used while being housed in a housing. However, if the accident point A is inside the housing, for example, the pressure inside the housing increases due to an accident arc. The housing needs to have a structure having sufficient strength against this pressure increase.
The present invention has been made to solve the above-described problems. The accident duration is shortened, the voltage drop time is shortened, and damage to the device and increase in internal pressure of the housing are minimized. It aims to provide a power distribution system that can.
[0006]
In the conventional switch, t4 shown in FIG. 7B is generally about 50 ms to 100 ms, and even in this case, the load is affected in view of the influence on the voltage drop of the equipment shown in FIG.
An object of the present invention is to provide a power distribution system capable of minimizing the influence on a load with respect to any accident by shortening the opening time of the switch.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In this inventionIn such a power distribution system, at least one circuit distributed by the distribution conductor is formed in one or more stages on the secondary side of the main switch having the primary side connected to the power receiving end, and the distributed at least one circuit includes A power distribution system in which at least one branch switch is arranged, and is provided on the primary side or the secondary side of the main switch and at least one branch switch, and the main switch and at least one branch switch A plurality of current detectors for detecting the magnitude of the current flowing through the plurality of current detectors, and at least one of the at least one of the plurality of current detectors based on detection outputs of the plurality of current detectors.For branch switchWhen a current exceeding the set value flows, the main switch is opened and the current is cut off.Current exceeding the set value flowedOpen the branch switch to open the circuit,During the opening operation of the branch switch, a point in time when the distance between the contacts of the branch switch becomes a sufficient value with respect to the circuit voltage when the main switch is closed is predicted at the time. Sends a closing command so that the main switch is closed againAnd a control means.
[0008]
This inventionPower distribution system related to,The breaking capability of the main switch is greater than the breaking capability of the branch switch, and the control means opens the main switch when a current of a magnitude that cannot be shut off by the branch switch flows through the specified branch switch. It is something to be made.
[0009]
This inventionPower distribution system related to,The control means is composed of an accident determination control device, and the detection outputs of the plurality of current detectors are supplied to the accident determination control device. The accident determination control device should be opened based on the detection outputs of the plurality of current detectors. If one or more branch switches are specified and the current flowing through the specified branch switch is within the shut-off capability of the specified branch switch, the opening command is sent to the specified branch switch In other cases, an opening command is sent to the main switch, and immediately after that, an opening command is sent to the specified branch switch, and then a closing command is sent to the main switch. To be sent.
[0010]
This inventionPower distribution system related to,The control means comprises a main switching controller and an accident determination control device, and the detection output of the first current detector arranged on the primary side or secondary side of the main switch is supplied to the main switching controller, Detection outputs of a plurality of second current detectors arranged on the primary side or the secondary side of at least one branch switch are supplied to the accident determination control device, and the first current detector
When a current exceeding the set value is detected, the main switching controller sends an opening command to the main switch instantaneously, and the accident determination control device is based on the detection outputs of the plurality of second current detectors. The branch switch that is closest to the accident location and that should be opened on the power receiving side of this accident location is identified, and an opening command is sent to the identified branch switch, and then a closing command is issued to the main switch. To be sent.
[0011]
This inventionPower distribution system related to,The control means is composed of a plurality of individual determination controllers to which detection outputs of the plurality of current detectors are respectively supplied, and each individual determination controller
Is connected to an individual judgment controller corresponding to a switch located lower than the corresponding switch, and each individual judgment controller is supplied from the detection output of the connected current detector and the lower individual judgment controller. And determining the operation of the corresponding switch from the status signal of the switch located in the lower order and controlling the switch, and individual determination corresponding to the switch located in the higher order of the corresponding switch The controller supplies the corresponding switch status signal to the controller.
[0012]
This inventionPower distribution system related to,The control means confirmed that the current was interrupted by the main switch when the opening command was sent to the branch switch after sending the opening command to the main switch.rearIn this case, an opening command is sent to the branch switch.
[0016]
This inventionPower distribution system related to,Part or all of the main switch and the at least one branch switch are constituted by semiconductor switch elements.
[0017]
This inventionPower distribution system related to,Part or all of the main switch and at least one branch switch are high-speed response switches that use electromagnetic repulsion in the switching mechanism.
It is a feature.
[0018]
This inventionPower distribution system related to,High-frequency currents supplied from an external power source or at least eddy current due to at least the opening or closing drive mechanism of the high-speed response switchElectromagnetic generated by the action ofIt is characterized by being directly driven by a repulsive force.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
1 is a simplified single-line diagram of a power distribution system as
In the figure, 1 is a main switch capable of high-speed response of several ms for both the closing and opening times using electromagnetic repulsion, and 2a to 2c branch from a
[0020]
3a to 3c are capable of high-speed response of about several ms for both the closing and opening times using electromagnetic repulsion connected to the branch circuit branched from the
[0021]
11 is a current detector for detecting a current flowing through a circuit installed on the secondary side of the
In addition, you may make it install these
[0022]
31 is a load connected to the
[0023]
Next, the operation will be described.
2 (1) to 2 (4) are timing charts for explaining the operation of the power distribution system shown in FIG. 1, and it is assumed that a short circuit accident occurs at the point A in FIG. 2 (1), when a short-circuit accident occurs at the accident point A, the current flows to the accident point A through the circuit composed of the
[0024]
First, an accident occurs at time t1, and a large current shown in FIG. This fault current is detected by the
[0025]
The accident
[0026]
When it is confirmed by the
[0027]
The accident
Note that t7 is the time when the distance between the contacts of the
[0028]
A voltage applied to the
[0029]
The voltage drop continuation time of the
The time T2 when the accident
[0030]
Next, consider the case where an accident occurs at accident point B in FIG. In this case, the accident
[0031]
As described above, according to the power distribution system shown in FIG. 1, the accident can be removed in a short time of, for example, 10 ms, regardless of the location where the power system has an accident, and the voltage drop time of the load of the healthy circuit is 20 ms. There is an effect that can be made in a short time. According to the power distribution system shown in FIG. 1, when an accident occurs, the current is first interrupted by opening the
[0032]
FIG. 3 shows the configuration of a power distribution system as
The
[0033]
Next, the operation will be described.
When an accident occurs at, for example, the accident point A in FIG. 3, when the
[0034]
FIG. 4 shows a power distribution system as
[0035]
The operation and effect of the power distribution system shown in FIG. 4 are the same as those of the power distribution system shown in FIG.
In the power distribution system shown in FIG. 4, thyristor elements are connected in antiparallel. However, in addition to the thyristor elements, for example, a semiconductor switch element such as GTO, IGBT, or diode can obtain the same effect. be able to.
[0036]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 shows a power distribution system as Embodiment 4 of the present invention. 5, parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The power distribution system shown in FIG. 5 is greatly different from the power distribution system shown in FIG. 1, for example, in that an individual determination controller 71 is installed corresponding to the
[0037]
Similarly, the
Furthermore, the
[0038]
Next, the operation will be described.
When an accident occurs at the accident points A and B in FIG. 5, the
In such a power distribution system, it is only necessary that the main switch can be cut off with respect to the maximum current of an accident occurring in the distribution system, and the branch switch need not have a cut-off capability with respect to the maximum current.
[0039]
After that, it is determined whether an accident location is specified, that is, an accident between the
When there is no information from the
[0040]
If the accident current is within the breaking capability of the
[0041]
Next, a case where the accident current is greater than or equal to the breaking capability of the
[0042]
In this case, since it is the
In each of the above-described embodiments, the case where there are a plurality of branch circuits and branch switches has been described.
[0043]
【The invention's effect】
This inventionAccording to the above, an accident current that flows at any point in the distribution system is first interrupted by the main switch, then the branch switch opens the circuit, and then the main switch is closed again. Therefore, it is possible to reduce the duration of the accident and the voltage drop time of the sound circuit for any accident in the distribution system. There is an effect that it is possible to reduce the internal pressure of the switchboard.
In addition, since the main switch is a switch with a short opening time, the duration of the accident and the voltage drop time of the sound circuit can be reduced consistently and greatly for any accident in the power distribution system. It is possible to improve the reliability, reduce the degree of equipment damage at the accident location, and reduce the internal pressure rise of the switchboard.
In addition, during the opening operation of the branch switch, a point in time when the distance between the contacts of the branch switch becomes a sufficient value with respect to the circuit voltage when the main switch is closed is predicted. Since the closing command is sent so that the main switch is closed again, the restoration of the voltage after disconnecting the accident circuit can be further speeded up, and the voltage drop time of the sound circuit can be further greatly reduced. Therefore, there is an effect that the reliability of power supply is improved.
[0044]
This inventionAccording to,The breaking capability of the main switch is greater than the breaking capability of the branch switch. When a current of a magnitude that cannot be shut off by the branch switch flows through a given branch switch, the main switch is opened and Since the current is cut off, the branch switch does not have to have a breaking capability against an accident current such as a short circuit that occurs in the lower part of the branch switch, and the effect of reducing the size and cost of the branch switch There is.
[0045]
This inventionAccording to,The output signal of the current detector is collected in the accident determination control device, and the accident determination control device is configured to specify the location of the accident and control the switch to be controlled, so that accident detection and control can be performed quickly even in complex power distribution systems. Thus, there is an effect that it is possible to obtain a power distribution system with high reliability of power supply and low device damage due to an accident and low pressure rise inside the power distribution device.
[0046]
This inventionAccording to,Since the main switch can be controlled by a signal from a current detector close to the main switch, there is an effect that the fault current can be interrupted quickly and reliably.
[0047]
This inventionAccording to,An individual judgment controller is installed corresponding to each switch, and each individual judgment controller can exchange information with the individual judgment controller located above the individual judgment controller and the individual judgment controller located below. Therefore, it is possible to quickly detect and control accidents even in complex power distribution systems, and to obtain a power distribution system that has high power supply reliability and low equipment damage due to accidents and low pressure rise inside the power distribution equipment. In addition, there is an effect that it is possible to easily cope with an expansion of the system.
[0048]
This inventionAccording to,The opening command to the branch switch is sent after confirming that the accident current has been cut off by the main switch, so an arc with a current value greater than the breaking capability is generated between the contacts of the branch switch. This has the effect of protecting the branch switch without having to do so.
[0052]
This inventionAccording to,Since part or all of the main switch and at least one branch switch are formed of semiconductor switch elements, there is an effect that opening / closing of the switch can be easily speeded up.
[0053]
This inventionAccording to,Easy or easy opening and closing because the main switch and at least one branch switch is a high-speed response switch that uses electromagnetic repulsion for the switching mechanism.
There is an effect that the speed can be increased.
[0054]
This inventionAccording to,Electromagnetic repulsion force between high-frequency currents supplied from an external power supply or eddy currents caused by themElectromagnetic repulsive force generated by the action ofTherefore, there is an effect that the opening / closing can be easily speeded up.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified circuit diagram showing a configuration of a power distribution system as
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the power distribution system shown in FIG.
FIG. 3 is a simplified circuit diagram showing a configuration of a power distribution system as
FIG. 4 is a simplified circuit diagram showing a configuration of a power distribution system as
FIG. 5 is a simplified circuit diagram showing a configuration of a power distribution system as Embodiment 4 of the present invention.
6 is a flowchart showing the operation of the power distribution system shown in FIG.
FIG. 7 is a simplified circuit diagram showing a configuration of a conventional power distribution system.
FIG. 8 is a diagram showing the influence of a voltage drop on a load device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記主開閉器の開極時間が10ms以下であり、
上記主開閉器および少なくとも1つの分岐開閉器の1次側または2次側に設けられ、上記主開閉器および少なくとも1つの分岐開閉器を流れる電流の大きさを検出する複数の電流検出器と、
上記複数の電流検出器の検出出力に基づき、上記少なくとも1つの分岐開閉器に設定値以上の電流が流れたときは、上記主開閉器を開極させてその電流を遮断させ、その直後に上記設定値以上の電流が流れた分岐開閉器を開極させて電路を開放させ、上記分岐開閉器の開極動作中に、上記分岐開閉器の接点間距離が、上記主開閉器が閉極した場合の回路電圧に対して十分な値となる時点を予測して当該時点に上記主開閉器が再度閉極するように閉極指令を送出する制御手段と
を備えることを特徴とする配電システム。At least one circuit distributed by the distribution conductor is formed in one or more stages on the secondary side of the main switch whose primary side is connected to the power receiving end, and at least one circuit is formed in each of the distributed at least one circuit. A power distribution system in which a branch switch is arranged,
The opening time of the main switch is 10 ms or less,
A plurality of current detectors provided on a primary side or a secondary side of the main switch and at least one branch switch for detecting the magnitude of a current flowing through the main switch and at least one branch switch;
Based on the detection outputs of the plurality of current detectors, when a current greater than or equal to a set value flows in the at least one branch switch, the main switch is opened to interrupt the current, The branch switch that has passed a current greater than the set value is opened to open the circuit, and during the opening operation of the branch switch, the distance between the contacts of the branch switch is closed to the main switch. A power distribution system comprising: control means for predicting a time point at which the circuit voltage is sufficient with respect to the circuit voltage and sending a closing command so that the main switch is closed again at that time point.
上記複数の電流検出器の検出出力は上記事故判定制御装置に供給され、
上記事故判定制御装置は、上記複数の電流検出器の検出出力に基づき、開極すべき1個または複数個の分岐開閉器を特定し、その特定された分岐開閉器に流れる電流がその特定された分岐開閉器の遮断能力以内である場合にはその特定された分岐開閉器に開極指令を送出し、それ以外の場合には上記主開閉器に開極指令を送出すると共に、その直後に上記特定された分岐開閉器に開極指令を送出し、さらにその後に上記主開閉器に閉極指令を送出することを特徴とする請求項1に記載の配電システム。The control means includes an accident determination control device,
The detection outputs of the plurality of current detectors are supplied to the accident determination control device,
The accident determination control device identifies one or a plurality of branch switches to be opened based on detection outputs of the plurality of current detectors, and a current flowing through the identified branch switches is identified. If it is within the breaking capability of the branch switch, the opening command is sent to the specified branch switch. Otherwise, the opening command is sent to the main switch, and immediately after that 2. The power distribution system according to claim 1, wherein an opening command is sent to the specified branch switch, and thereafter a closing command is sent to the main switch.
上記主開閉器の1次側または2次側に配された第1の電流検出器の検出出力は上記主開閉制御器に供給され、
上記少なくとも1つの分岐開閉器の1次側または2次側に配された複数の第2の電流検出器の検出出力は上記事故判定制御装置に供給され、
上記第1の電流検出器で設定値以上の電流が検出された場合、上記主開閉制御器は上記主開閉器に瞬時に開極指令を送出し、
上記事故判定制御装置は、上記複数の第2の電流検出器の検出出力に基づき、事故箇所に最も近接し、かつこの事故箇所の受電側に当たる開放すべき分岐開閉器を特定し、この特定された分岐開閉器に開極指令を送出し、その後に上記主開閉器に閉極指令を送出することを特徴とする請求項1に記載の配電システム。The control means includes a main switching controller and an accident determination control device,
The detection output of the first current detector arranged on the primary side or the secondary side of the main switch is supplied to the main switch controller,
Detection outputs of a plurality of second current detectors arranged on the primary side or the secondary side of the at least one branch switch are supplied to the accident determination control device,
When a current equal to or greater than a set value is detected by the first current detector, the main switch controller sends an opening command to the main switch instantaneously,
The accident determination control device identifies a branch switch that is closest to the accident location and should be opened on the power receiving side of the accident location based on the detection outputs of the plurality of second current detectors. 2. The power distribution system according to claim 1, wherein an opening command is sent to the branch switch, and thereafter a closing command is sent to the main switch.
上記それぞれの個別判定制御器は、対応する開閉器より下位に位置する開閉器に対応した個別判定制御器と接続され、
上記それぞれの個別判定制御器は、接続された電流検出器の検出出力と上記下位の個別判定制御器より供給される上記下位に位置する開閉器の状態信号とから上記対応する開閉器の動作を決定してその開閉器を制御すると共に、上記対応する開閉器の上位に位置する開閉器に対応した個別判定制御器に上記対応する開閉器の状態信号を供給することを特徴とする請求項1または2に記載の配電システム。The control means includes a plurality of individual determination controllers to which detection outputs of the plurality of current detectors are respectively supplied,
Each of the individual determination controllers is connected to an individual determination controller corresponding to a switch located below the corresponding switch,
Each of the individual determination controllers performs the operation of the corresponding switch from the detection output of the connected current detector and the status signal of the switch located at the lower level supplied from the lower individual determination controller. 2. A state signal of the corresponding switch is supplied to an individual determination controller corresponding to a switch located above the corresponding switch, while determining and controlling the switch. Or the power distribution system of 2.
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